В отличие от главного калибра 150-мм артиллерия оказалась в падчерицах. Из-за явной невозможности обеспечить разумную защиту 8 одноорудийных установок конструкторам пришлось ограничиться 10-мм башенноподобными щитами, хотя полностью закрытыми, но слишком тесными и неудобными.
Сильное прикрытие получили органы управления кораблем и артиллерией. Главная боевая рубка имела 140-мм стенки из крупповской цементированной стали и 50-мм крышу из никелевой. Кормовая рубка и артиллерийский пост были забронированы листами новой брони Ww — стенки 50 мм, крыша 20 мм. Дальномерный пост на формарсе прикрывался 14-мм броней Ww, так же как посты управления зенитным огнем. Местная защита включала 10-мм прикрытия для прожекторов из кораблестроительной стали и 20-мм подачные трубы из никелевой стали для 88-мм и 37-мм зенитных орудий.
Основной слабостью системы бронирования стала горизонтальная защита, ахиллесова пята большинства кораблей крейсерского класса. Интересно отметить, что наиболее неприятным тактическим положением для "карманных линкоров" являлись большие дистанции при острых курсовых углах, то есть случай погони или отступления, что снижало их ценность в качестве рейдеров. Правда, и здесь немецкие конструкторы предприняли определенные, хотя и не совсем обычные меры.
К наиболее любопытным особенностям схемы бронирования относится, конечно же, верхняя продольная броневая переборка, толщина которой на двух последующих единицах заметно увеличилась: с 10 до 40 мм. На первый взгляд ее наличие — чистое расточительство: высокорасположенный груз длиной примерно в 130 м, высотой почти 5 м и весом около 380 т, защищающий только центральную треть ширины корпуса. Однако при внимательном рассмотрении в такой системе прослеживается определенная польза. Во-первых, как уже отмечалось, переборка увеличила жесткость и прочность верхней части корпуса. Во-вторых, ее установка позволила на 15 мм (на последующих кораблях — на 20 мм) уменьшить толщину палубы в центральной части, а главное, продольные попадания становились менее опасными, поскольку даже на весьма острых курсовых углах снаряд перед попаданием в палубу в большинстве случаев встречал вертикальную переборку — соответственно, под очень невыгодным для него углом. В итоге кораблю по-настоящему угрожал лишь неприятельский огонь строго по диаметральной плоскости.
Общий вес вертикальной брони «Дойчланда» обычно указывается равным всего 702 т. Очевидно, что в это значение не входит вес всех продольных переборок; скорее всего оно включает лишь вес пояса и поперечных броневых траверзов. Вообще распределение нагрузки в германском флоте значительно отличалось от принятого в других странах. Так, палубы никогда не включались в вес брони, так же как и защита артиллерии.
Единственным элементом, вызывающим недоумение, является расположение бортовой брони по высоте: 80-мм часть пояса располагалась сверху, над ватерлинией, тогда как подводная зона была тоньше на 60 %. Разумное объяснение такому решению придумать трудно; оно не согласуется ни с соображениями распределения весов, ни с тактическими идеями. Отчасти оправдывает столь странный ход то, что весь 60-мм нижний слой располагается, по сути дела, внутри корпуса, поскольку он полностью закрывался бортовым булем. Такое решение часто объясняется тем, что обшивка буля могла служить и в качестве дополнительной преграды, и (в соответствии с определенными взглядами, разделяемыми далеко не всеми специалистами) в качестве своего рода дезактиватора бронебойного колпачка снаряда, как предусматривалось в различных схемах разнесенной бортовой брони (например, на ровесниках «Дойчланда» — британских линейных кораблях типа "Нельсон"). Объяснение довольно сомнительное, поскольку даже в случае, когда такой эффект действительно имеет место (что зависит от массы факторов, включая толщину преграды, материал и конструкцию снаряда, углы встречи и т. д.), выигрыш в сопротивляемости не превышает 15–20 %. Неудивительно, что на следующем корабле серии немцы от такого решения отказались.
Защита следующего «броненосца» — "Адмирала Шеера" — заметно отличалась от защиты головного корабля как по расположению, так и по материалам. Наклонная поясная броня также состояла из двух слоев, но на сей раз 80-мм плиты заняли подобающее им место в нижнем ряду, тогда как 50-мм ряд находился выше, причем его верхняя кромка поднималась до уровня средней палубы — примерно на 1 м выше, чем на «Дойчланде». В районе передней части погребов пояс утоньшался до 65 мм, а в корму от задней башни — до 50 мм, завершаясь 50-мм же траверзной переборкой на уровне излома полубака. Носовая оконечность по-прежнему не бронировалась, а толщина обшивки даже немного уменьшилась (до 17 мм) с учетом лучшего качества новой судостроительной стали.